(57)【要約】  切削工具は、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面と逃げ面との稜線により構成される切れ刃とを備えている。切削工具は、すくい面側の面である第１面と、逃げ面側の面である第２面とを有する基材と、第１面及び第２面を被覆しているダイヤモンド層とを備えている。第１面は、第２面に連なる第１頂面と、第１頂面に連なり、かつ第２面との間で第１頂面を挟み込むように配置されている第２頂面とを含む。切れ刃に垂直な断面において、第１頂面と第２頂面とのなす角度は、負角となっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい面と、前記すくい面に連なる逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との稜線により構成される切れ刃とを備える切削工具であって、
前記すくい面側の面である第１面と、前記逃げ面側の面である第２面とを有する基材と、
前記第１面及び前記第２面を被覆しているダイヤモンド層とを備え、
前記第１面は、前記第２面に連なる第１頂面と、前記第１頂面に連なり、かつ前記第２面との間で前記第１頂面を挟み込むように配置されている第２頂面とを含み、
前記切れ刃に垂直な断面において、前記第１頂面と前記第２頂面とのなす角度は、負角となっている、切削工具。
【請求項２】
前記第１頂面と前記第２頂面とのなす角度は、−２０°以上０°未満である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記切れ刃の先端の曲率半径は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記すくい面は、前記逃げ面に連なる第１すくい面部と、前記第１すくい面部に連なり、かつ前記逃げ面との間で前記第１すくい面部を挟み込むように配置されている第２すくい面部とを含み、
前記切れ刃に垂直な断面において、前記第１すくい面部と前記第２すくい面部とのなす角度は、負角となっている、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項５】
前記第１すくい面部と前記第２すくい面部とのなす角度は、−２０°以上０°未満である、請求項４に記載の切削工具。
【請求項６】
前記切れ刃の先端の曲率半径は、前記第２面を被覆している前記ダイヤモンド層の厚さに０．１を乗じた値以下である、請求項４または請求項５に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具に関する。本出願は、２０１６年９月２９日に出願した日本特許出願である特願２０１６−１９１６４０号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基材をダイヤモンド層で被覆した切削工具として、特開２０１５−８５４６２号公報（特許文献１）に記載された切削工具が知られている。特許文献１に記載された切削工具の工具本体は、逃げ面と、すくい面と、逃げ面及びすくい面の交差稜線に形成された切れ刃とを有している。工具本体は、硬質皮膜に被覆されている。【０００３】
特許文献１に記載の切削工具においては、切削工具の切れ味を改善するため、工具本体のすくい面側を被覆している硬質皮膜が、レーザ等により除去されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８５４６２号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様に係る切削工具は、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面と逃げ面との稜線により構成される切れ刃とを備えている。切削工具は、すくい面側の面である第１面と、逃げ面側の面である第２面とを有する基材と、第１面及び第２面を被覆しているダイヤモンド層とを備えている。第１面は、第２面に連なる第１頂面と、第１頂面に連なり、かつ第２面との間で第１頂面を挟み込むように配置されている第２頂面とを含む。切れ刃に垂直な断面において、第１頂面と第２頂面とのなす角度は、負角となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る切削工具の上面図である。
【図２】図２は、図１の領域ＩＩにおける拡大上面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る切削工具を用いた切削加工の模式図である。
【図４】図４は、図２のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】図５は、図４の領域Ｖの拡大図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る切削工具の製造方法の工程図である。
【図７】図７は、ダイヤモンド層形成工程Ｓ１が終了した後であってダイヤモンド層除去工程Ｓ２が行われる前の段階における第１の実施形態に係る切削工具の断面図である。
【図８】図８は、すくい面処理工程Ｓ２１の終了後であって逃げ面処理工程Ｓ２２が行われる前の段階における第１の実施形態に係る切削工具の断面図である。
【図９】図９は、切れ刃１３に垂直な断面における第２の実施形態に係る切削工具の断面図である。
【図１０】図１０は、図９の領域Ｘの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[本開示が解決しようとする課題]
しかしながら、特許文献１に記載の切削工具においては、切削加工時に切削工具が被削材から受ける主分力により、硬質皮膜が工具本体の逃げ面側から剥離しやすい。そのため、特許文献１に記載の切削工具の切れ刃の耐久性は十分ではない。
【０００８】
本発明の一態様は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、切れ刃の耐久性を向上することができる切削工具を提供することである。
【０００９】
[本開示の効果]
本発明の一態様によれば、切れ刃の耐久性を向上することができる切削工具を提供することができる。
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１１】
（１）本発明の一態様に係る切削工具は、すくい面１１と、すくい面１１に連なる逃げ面１２と、すくい面１１と逃げ面１２との稜線により構成される切れ刃１３とを備えている。切削工具は、すくい面側の面である第１面４１と、逃げ面側の面である第２面４２とを有する基材４と、第１面４１及び第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５とを備えている。第１面４１は、第２面４２に連なる第１頂面４１ａと、第１頂面４１ａに連なり、かつ第２面４２との間で第１頂面４１ａを挟み込むように配置されている第２頂面４１ｂとを含む。切れ刃に垂直な断面において、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、負角となっている。
【００１２】
上記（１）の切削工具によれば、切削時に逃げ面方向に加えられる主分力を第１頂面（ネガランド面）によって下支えすることができる。そのため、ダイヤモンド層が逃げ面側から剥離することを抑制することができる。結果として、切れ刃の耐久性を向上することができる。さらに第１頂面を有しない場合と比較して、第１頂面を有する場合は、基材とダイヤモンド層との接触面積が増加する。そのため、上記（１）の切削工具によれば、基材に対するダイヤモンド層の密着性を向上することができる。
【００１３】
（２）上記（１）に係る切削工具において、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、−２０°以上０°未満であってもよい。これにより、切れ刃の耐久性をさらに向上することができる。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）に係る切削工具において、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ１は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。これにより、切れ刃の高い耐久性を維持しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００１５】
（４）上記（１）または（２）に係る切削工具において、すくい面１１は、逃げ面１２に連なる第１すくい面部２１と、第１すくい面部２１に連なり、かつ逃げ面１２との間で第１すくい面部２１を挟み込むように配置されている第２すくい面部２２とを含んでいてもよい。切れ刃１３に垂直な断面において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、負角となっていてもよい。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制することができる。
【００１６】
（５）上記（４）に係る切削工具において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、−２０°以上０°未満であってもよい。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００１７】
（６）上記（４）または（６）に係る切削工具において、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ２は、第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の厚さに０．１を乗じた値以下であってもよい。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００１８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下に、本発明の実施形態の詳細について図を参照して説明する。なお、各図において、同一または相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００１９】
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態に係る切削工具の構成について説明する。
【００２０】
図１は、第１の実施形態に係る切削工具の上面図である。第１の実施形態に係る切削工具は、先端部１と、ボディ部２と、シャンク部３とを有している。実施形態に係る切削工具は、ボールエンドミルである。第１の実施形態に係る切削工具は、ボールエンドミルに限られるものではない。例えば、第１の実施形態に係る切削工具は、ラジアスエンドミル等であってもよい。
【００２１】
図２は、図１の領域ＩＩにおける拡大上面図である。図２に示すように、第１の実施形態に係る切削工具は、先端部１において、すくい面１１と、逃げ面１２（図４参照）とを有している。すくい面１１は、逃げ面１２に連なっている。すくい面１１と逃げ面１２との稜線は、切れ刃１３を構成している。逃げ面１２は、すくい面１１に対して正角となっている。言い換えれば、稜線を通りかつすくい面１１に対して垂直な面に対して、逃げ面１２はすくい面１１側に傾斜している。
【００２２】
図３は、第１の実施形態に係る切削工具を用いた切削加工の模式図である。図３に示すように、第１の実施形態に係る切削工具は、中心軸Ａを中心として回転しながら、切れ刃１３が被削材に付勢される。これにより、被削材の切削加工が行われる。
【００２３】
図４は、図２のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図４に示すように、第１の実施形態に係る切削工具は、基材４と、ダイヤモンド層５とを有している。基材４には、例えばＷＣ（炭化タングステン）等の粉末と、Ｃｏ（コバルト）等の結合剤とを含む焼結体である超硬合金が用いられる。基材４は、例えばサーメットまたはセラミックス（ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４）等であってもよい。なお、基材４に用いられる材料はこれらに限られるものではない。
【００２４】
ダイヤモンド層５は、例えば、ダイヤモンド結晶を含有する層である。ダイヤモンド層５は、例えば、ダイヤモンド多結晶膜である。ダイヤモンド層５は、非ダイヤモンド成分（例えば非晶質成分）等を含有していてもよい。ダイヤモンド層５は、ダイヤモンド結晶を含有していなくてもよい。例えば、ダイヤモンド層５は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）の層であってもよい。
【００２５】
図４に示すように、基材４は、第１面４１と、第２面４２とを有する。第１面４１は、すくい面１１側の基材４の面である。言い換えれば、第１面４１は、すくい面１１に対向する。第２面４２は、逃げ面１２側の基材４の面である。言い換えれば、第２面４２は、逃げ面１２に対向する。ダイヤモンド層５は、第１面４１及び第２面４２を被覆している。
【００２６】
第１面４１は、第１頂面４１ａと、第２頂面４１ｂとを有する。第１頂面４１ａは、第２面４２に連なる。第２頂面４１ｂは、第１頂面４１ａに連なり、かつ第２面４２との間で第１頂面４１ａを挟み込むように配置されている。言い換えれば、第１頂面４１ａは、第２面４２と第２頂面４１ｂとの間に位置し、第２面４２と第２頂面４１ｂとを繋いでいる。ダイヤモンド層５は、第２面４２と、第１頂面４１ａと、第２頂面４１ｂとに接している。第１頂面４１ａは、第２頂面４１ｂに対して傾斜している。
【００２７】
切れ刃に垂直な断面（図４）において、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、負角となっている。ここで、角度θ１が負角となっているとは、第２頂面４１ｂを上方に向け、かつ切れ刃１３を左方に向けて切削工具を配置した場合に、第１頂面４１ａが第２頂面４１ｂに対して、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとの境界線を中心として反時計回りに回転している場合をいう。別の観点から言えば、角度θ１が負角となっているとは、第２頂面４１ｂを上方に向け、かつ切れ刃１３を左方に向けて切削工具を配置した場合に、第１頂面４１ａが第２頂面４１ｂに対して左下がりに傾斜している場合をいう。
【００２８】
図４に示すように、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、例えば−２０°以上０°未満であってもよい。第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、第２頂面４１ｂに平行な面に対する第１頂面４１ａの傾斜角度である。角度θ１の上限は、−０．１°であってもよいし、−３°であってもよい。角度θ１の下限は、−２０°であってもよいし、−１０°であってもよい。
【００２９】
図４に示すように、第２頂面４１ｂを被覆しているダイヤモンド層５の厚さは、厚さｈ２となっている。厚さｈ２は、第２頂面４１ｂに垂直な方向における、第２頂面４１ｂとすくい面１１との距離である。第１頂面４１ａを被覆しているダイヤモンド層５の厚さは、厚さｈ１となっている。厚さｈ１は、第２頂面４１ｂに垂直な方向における、第１頂面４１ａおよび第２面４２の稜線と、すくい面１１との距離である。厚さｈ１は、厚さｈ２よりも大きい。これにより、切れ刃１３の耐久性を向上することができる。
【００３０】
図４に示すように、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとの稜線と切れ刃１３との距離は、距離Ｌである。距離Ｌは、切れ刃１３に垂直な断面における、すくい面１１に平行な方向での距離である。距離Ｌは、０．００１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
図５は、図４の領域Ｖの拡大図である。図５に示すように、切れ刃１３の先端はラウンドしていてもよい。断面視において、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ１は、例えば０．０１μｍ以上１０μｍ以下である。曲率半径Ｒ１の上限は、１０μｍであってもよいし、５μｍであってもよい。曲率半径Ｒ１の下限は、０．０１μｍであってもよいし、０．１μｍであってもよい。
【００３２】
次に、第１の実施形態に係る切削工具の製造方法について説明する。
図６は、第１の実施形態に係る切削工具の製造方法の工程図である。図６に示すように、第１の実施形態に係る切削工具の製造方法は、ダイヤモンド層形成工程Ｓ１と、ダイヤモンド層除去工程Ｓ２とを有している。ダイヤモンド層除去工程Ｓ２は、すくい面処理工程Ｓ２１と、逃げ面処理工程Ｓ２２とを含んでいてもよい。
【００３３】
図７は、ダイヤモンド層形成工程Ｓ１が終了した後であってダイヤモンド層除去工程Ｓ２が行われる前の段階における第１の実施形態に係る切削工具の断面図である。図６に示すように、ダイヤモンド層形成工程Ｓ１においては、基材４上にダイヤモンド層５が成膜される。具体的には、基材４の第１面４１および第２面４２がダイヤモンド層５により被覆される。このダイヤモンド層５の成膜は、例えばＨＦＣＶＤ（Ｈｏｔ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて行われる。
【００３４】
図８は、すくい面処理工程Ｓ２１の終了後であって逃げ面処理工程Ｓ２２が行われる前の段階における第１の実施形態に係る切削工具の断面図である。図８に示すように、すくい面処理工程Ｓ２１においては、基材４の第１面４１を被覆しているダイヤモンド層５の部分的な除去が行われる。基材４の第１面４１を被覆しているダイヤモンド層５を部分的に除去することにより、切削工具の先端のすくい面１１側の丸みが平坦化される。ダイヤモンド層５の除去は、すくい面１１側にレーザを照射することにより行われる。ダイヤモンド層５の除去に用いられるレーザは、例えばＹＶО４レーザ又はＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザの２倍高調波である。
【００３５】
逃げ面処理工程Ｓ２２においては、基材４の第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の部分的な除去が行われる。基材４の第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の部分的な除去は、基材４が逃げ面１２から露出しないように行われる。これにより、図４に示される第１の実施形態に係る切削工具の構造が形成される。基材４の第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の除去は、逃げ面１２側にレーザを照射することにより行われる。ダイヤモンド層５の除去に用いられるレーザは、例えばＹＶО４レーザ又はＹＡＧレーザの２倍高調波である。基材４の第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の部分的な除去に伴い、第１の実施形態に係る切削工具の先端の逃げ面側の丸みが平坦化され切れ刃１３がシャープになる。
【００３６】
次に、第１の実施形態に係る切削工具の作用効果について説明する。
第１の実施形態に係る切削工具によれば、切削時に逃げ面方向に加えられる主分力を第１頂面４１ａによって下支えすることができる。そのため、ダイヤモンド層が逃げ面側から剥離することを抑制することができる。結果として、切れ刃１３の耐久性を向上することができる。さらに第１頂面４１ａを有しない場合と比較して、第１頂面４１ａを有する場合は、基材４とダイヤモンド層５との接触面積が増加する。そのため、第１の実施形態に係る切削工具は、基材４に対するダイヤモンド層５の密着性を向上することができる。
【００３７】
また第１の実施形態に係る切削工具によれば、第１頂面４１ａと第２頂面４１ｂとのなす角度θ１は、−２０°以上０°未満である。これにより、切れ刃の耐久性をさらに向上することができる。
【００３８】
さらに第１の実施形態に係る切削工具によれば、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ１は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、切れ刃の高い耐久性を維持しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る切削工具の構成について説明する。なお、以下においては、第１の実施形態に係る切削工具と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
【００４０】
図９は、切れ刃１３に垂直な断面における第２の実施形態に係る切削工具の断面図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る切削工具は、すくい面１１と、逃げ面１２と、切れ刃１３とを有している。第２の実施形態に係る切削工具は、基材４と、ダイヤモンド層５とを有している。
【００４１】
すくい面１１は、第１すくい面部２１と、第２すくい面部２２とを有している。第１すくい面部２１は、逃げ面１２に連なる。第２すくい面部２２は、第１すくい面部２１に連なり、かつ逃げ面１２との間で第１すくい面部２１を挟み込むように配置されている。言い換えれば、第１すくい面部２１は、逃げ面１２と第２すくい面部２２との間に位置し、逃げ面１２と第２すくい面部２２とを繋いでいる。第１すくい面部２１は、第２すくい面部２２に対して傾斜している。
【００４２】
切れ刃１３に垂直な断面において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２（図９参照）は、負角となっている。ここで、角度θ２が負角となっているとは、第２すくい面部２２を上方に向け、かつ切れ刃１３を左方に向けて切削工具を配置した場合に、第１すくい面部２１が第２すくい面部２２に対して、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２との境界線を中心として反時計回りに回転している場合をいう。別の観点から言えば、角度θ２が負角となっているとは、第２すくい面部２２を上方に向け、かつ切れ刃１３を左方に向けて切削工具を配置した場合に、第１すくい面部２１が第２すくい面部２２に対して左下がりに傾斜している場合をいう。
【００４３】
断面視において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、たとえば−２０°以上０°未満である。第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、第２すくい面部２２に平行な面に対する第１すくい面部２１の傾斜角度である。角度θ２の上限は、−０．１°であってもよいし、−３°であってもよい。角度θ１の下限は、−２０°であってもよいし、−１０°であってもよい。
【００４４】
図１０は、図９の領域Ｘの拡大図である。図１０に示すように、切れ刃１３の先端はラウンドしていてもよい。断面視において、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ２は、例えば第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の厚さに０．１を乗じた値以下である。第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の厚さは、第２面４２に対して垂直な方向におけるダイヤモンド層５の厚さである。曲率半径Ｒ２は、第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の厚さに０．００１を乗じた値以下であってもよいし、０．０１を乗じた値以下であってもよい。
【００４５】
次に、第２の実施形態に係る切削工具の製造方法について説明する。第２の実施形態に係る切削工具の製造方法においては、例えば第１の実施形態に係る切削工具（図４参照）を製造した後、さらに切れ刃１３付近のダイヤモンド層５が除去される。ダイヤモンド層５の除去は、第１頂面４１ａに対向するダイヤモンド層５にレーザを照射することにより行われる。これにより、第１すくい面部２１が形成される。ダイヤモンド層５の除去に用いられるレーザは、例えばＹＶО４レーザの２倍高調波である。
【００４６】
次に、第２の実施形態に係る切削工具の作用効果について説明する。
第２の実施形態に係る切削工具において、すくい面１１は、逃げ面１２に連なる第１すくい面部２１と、第１すくい面部２１に連なり、かつ逃げ面１２との間で第１すくい面部２１を挟み込むように配置されている第２すくい面部２２とを含んでいる。切れ刃１３に垂直な断面において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、負角となっている。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制することができる。
【００４７】
また第２の実施形態に係る切削工具において、第１すくい面部２１と第２すくい面部２２とのなす角度θ２は、−２０°以上０°未満である。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００４８】
さらに第２の実施形態に係る切削工具において、切れ刃１３の先端の曲率半径Ｒ２は、第２面４２を被覆しているダイヤモンド層５の厚さに０．１を乗じた値以下である。これにより、加工初期における切れ刃の微小チッピングを抑制しつつ、切削工具の切れ味を向上することができる。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１  先端部、２  ボディ部、３  シャンク部、４  基材、５  ダイヤモンド層、１１  すくい面、１２  逃げ面、１３  切れ刃、２１  第１すくい面部、２２  第２すくい面部、４１  第１面、４１ａ  第１頂面、４１ｂ  第２頂面、４２  第２面、Ａ  中心軸、Ｌ  距離、Ｒ１，Ｒ２  曲率半径、ｈ１，ｈ２  厚さ。
【図１】
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【図２】
2018061408.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018061408.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018061408.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018061408.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
2018061408.tif 000013
2018061408.tif 000014
2018061408.tif 000015
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